计算机数控机床改造应用分析

计算机数控机床改造应用分析（精选8篇）

计算机数控机床改造应用分析 第1篇

摘要：将普通机床改造成为数控机床，是企业提高自身自动化程度的一种重要手段。

就如何实现改造进行分析并提供方法和思路，本文主要阐述数控化改造的研究内容和关键技术和方法。

关键词：计算机 机床 数控化 改造 方案

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computer Numerical Control)，简称CNC。

计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

1.数控机床概述

数控机床就是将加工过程中的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具等)和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控制介质(如穿孔纸带或磁带、磁盘等)将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。

2.机床的数控化改造方案

2.1进行改造项目的可行性评估

2.1.1 对其价值做出评估。

例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①系统及操作子系统;②伺服系统包括电动机;③机床电气;④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等;⑤刀库机械手系统;⑥自动工作台交换系统等。

每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价值评估。

2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。

2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。

投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。

投人的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统;②机床电气及附件更换;③机床机械元部件准确度修复和维修保养;④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维修保养;⑤机床外观质量的修复;⑥机床改造后的调试检测;⑦机床改造所需的技术劳务费。

在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。

2.1.4 对改造方案进行风险评估。

在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。

因此必须做出风险评估和制订相应对策。

一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。

2.1.5 性能价格比评估。

为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。

2.2 数控系统的选择

数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。

数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统;异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统;交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。

其中步进电机拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。

该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。

但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。

2.3 伺服系统的选择

伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。

它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。

例如，数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。

伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。

在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。

2.4 机床机械部件的改造

一台新的数控机床，在设计上要达到很高的动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;功率大;便于操作和维修。

机床数控改造时应尽量达到此要求，并注意下述几方面。

2.4.1 导轨副。

对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。

2.4.2 齿轮副。

一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。

为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮准确度等级都比普通机床高。

2.4.3 滑动丝杠与滚珠丝杠。

丝杠传动直接关系到传动链准确度。

丝杠的选用主要取决于加工件的准确度要求和拖动扭矩要求。

2.4.4 联轴器。

为了消除传动系统中的反向间隙,提高重复定位度，伺服驱动元件所用的联轴器多数采用无键连接，如锥销刚性联轴器,锥环联轴器等。

2.4.5 回转刀架。

一般改装的车床多数采用四工位自动回转刀架。

2.4.6 安全防护。

改造效果必须以安全为前提。

在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。

3.数控系统开发方法

3.1 基于单片机的数控系统

基于单片机的经济型数控系统一般采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方式工作，基本原理是：系统中的键盘用于向计算机输入和编辑零件加工程序;采用数码管显示加工数据及机床状态等信息;存储器用来存放监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等;功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电机带动负载运行。

需要完成的具体任务有：

3.1.1 硬件系统的结构设计。

一般采用51系统单片机作为主控制器，在此基础上扩展一些必要的器件如ROM、键盘等。

3.1.2 软件设计。

包括：监控与操作软件,用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等，包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的`编辑修改等;步进电机控制软件，包括：通电状态代码和电动机正、反转的实现;步进电机转速的控制。

3.2 基于ARM与运动控制器的数控系统

3.2.1 系统硬件结构。

系统硬件采用主从式双CPU结构模式。

主CPU为ARM处理器，用于键盘、显示，网络通讯等管理工作,而从CPU即为运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。

ARM处理器通过总线操作，把命令写入运动控制芯片，使运动控制芯片来完成运动控制。

3.2.2 操作系统及编程语言。

为了最大地利用系统硬件资源，并且还要保证实时性，所以使用了μC/OS多任务实时操作系统。

使用到μC/OS操作系统,通过它实现多任务实时控制。

程序的编程语言为C语言以及ARM汇编语言。

3.3 基于PC机的数控系统

近年来，以工业PC机为核心的控制系统已广泛地被工业控制领域所接受。

采用工业PC机在WIN-DOWS操作系统下通用的数控系统，已成为数控系统发展的潮流。

基于工业PC机的数控系统采用的是标准的PC硬件和操作系统，因此易于进行模块化和开放式的设计。

4.结论

进行机床数控化改造要将改造的重点放在电气、控制系统的改造上，机械部分只对影响准确度的重点部件进行改造。

这样可缩短改造周期，降低改造成本，并利于对系统进行再次升级。

随着社会的不断发展以及技术的不断进步，数控技术的发展，必将带动数控机床改造技术的进步与发展。

参考文献：

[1]赵中敏.机床数控化改造的研究[J].煤矿机电，.

[2]杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

数控技能型人才的就业前景【2】

摘要:科学技术突飞猛进,国际竞争日益激烈,世界制造业将逐步向我国转移。

数控技术在机械制造业中起着非常重要的作用。

高素质新型数控技能型人才最终成为了竞争中的最关键的因素。

因此,数控技能性各种人才就业前景非常广泛。

关键词:数控技术 高精度 高柔性 就业前景

1、引言

随着科学技术的发展,机械产品结构越来越合理,其性能,精度和效率日益提高,更新换代频繁,生产类型由大批量生产向小批量生产转化。

因此,机械产品的加工相应地提出了高精度,高柔性与高度自动化的要求。

2、数控技术在机械制造业中的地位

在机械制造业中,单件中小批量生产的零件约占机械加工总量的百分之八十以上,尤其是造船,航天,航空,机床,重型机械及国防部门,其生产特点是加工批量小,改型频繁,零件形状复杂和精度要求高,加工这类零件产品需要经常改装或调整设备,对于专用化程度高的自动化机床来说,这种改装和调整甚至是不可能实现的。

由于数控机床综合应用了电子计算机,自动控制,伺服驱动,精密检测与新型机械结构等方面的技术成果,具有高柔性,高精度与高度自动化的特点,因此采用数控加工手段,解决了机械加工制造业中常规加工技术难以解决,甚至无法解决的单件,小批量,特别是复杂型面的零件加工。

应用数控技术是机械加工业的一次技术革命,使机械制造业的发展进入了一个新的阶段,提高了机械制造业的制造水平,为社会提供高质量,多品种及高可靠性的机械产品。

因此,数控技术各层次人才就业岗位非常多,人才需求非常广泛。

3、数控各个层次人才紧缺

目前,我国数控技术工程人员缺口达80多万人,一些企业开出月薪8000元都找不到高级数控机床技术人员.具有全面数控知识的技工年薪更是高达20余万元,数控技术人才就业前景良好。

数控人才市场需求在发达国家中非常紧缺,数控机床已经大量普遍使用.且我国制造业与国际先进工业国家相比存在着很大的差距,机床数控化率还不到2%,对于我国现有的有限数量的数控机床(大部分为进口产品)也未能充分利用.原因是多方面的,数控人才的缺乏无疑是主要原因之一,由于数控技术是最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术,因此我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

数控机床摒弃了原来手工生产方式,提高了生产效率与精度,降低了工作强度.在发达国家数控机床已经普遍大量使用,而我国数控技术应用推广同发达国家相比差距很大。

目前我国机床的数控化率仅为1.9%,而日本高达30%,美国超过了40%.国家规划在前,使数控化率达10%以上,我国数年内将增加40-50万台数控机床,相应需要60-80万数控专业技术人才。

我国目前不仅仅是数控化比率低,就是现有的数控机床由于缺乏专门人才而未被充分利用,据教育部和劳动部对专业人才的评估,我国数控专业人才的缺口在六十万左右,人才需求每年以30%增长,数控专业是真正的“技能紧缺型”专业,就业前景十分广阔,待遇极其可观。

近年来,我国模具企业大量采购数控设备,在有些地区有数控知识的高级技工年薪高达30万元。

4、数控技术人才层次的划分

(1)蓝领层:即数控操作技工,精通机械加工和数控加工工艺知识,熟练掌握数控机床的操作和手工编程,了解自动编程和数控机床的简单维护维修,此类人员市场需求量大,适合作为车间的数控机床操作工人,但由于其知识较单一,其工资待遇不会大高。

(2)灰领层:数控机床维护、维修人员:掌握数控机床的机械结构和机电联调,掌握数控机床的操作与编程,熟悉各种数控系统的特点、软硬件结构、PLC和参数设置.精通数控机床的机械和电气的调试和维修.此类人员需求量相对少一些,但培养此类人员非常不易,需要大量实际经验的积累,目前非常缺乏,其待遇也较高。

数控编程员:掌握数控加工工艺知识和数控机床的操作,熟悉复杂模具的设计和制造专业知识,熟练掌握三维CAD/CAM软件,如UG、PRO/E等;熟练掌握数控自动编程、手工编程技术.此类人员需求量大,尤其在模具行业非常受欢迎,待遇也很高。

(3)金领层:属于数控通才,具备并精通数控操作技工、数控编程员和数控维护、维修人员所需掌握的综合知识,并在实际工作中积累了大量实际经验,知识面很广.精通数控机床的机械结构设计和数控系统的电气设计,掌握数控机床的机电联调.能自行完成数控系统的选型、数控机床电气系统的设计、安装、调试和维修.能独立完成机床的数控化改造.是企业(特别是民营企业)的抢手人才,其待遇非常之高。

5、数控技能型人才的就业前景

数控加工具有高柔性、高精度、高效率特点,同时可以大大减轻操作者的劳动强度.发展数控加工是当前我国机械制造技术改造的必由之路.由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段,大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进,却没有大量熟练数控技术操作的人员参与,因此造成该行业严重缺乏人才.数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域。

尤其是机械制造业中,普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替.企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加.而对于数控加工专业,不仅要求从业人员有过硬的实践能力,更要掌握系统而扎实的机加理论知识.因此,既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的高技术人才。

6、结语

我国目前不仅仅是数控化比率低,就是现有的数控机床由于缺乏专门人才而未被充分利用, 数控技术是目前最典型的、应用最广泛的机电光一体化综合技术,因此我国迫切需要大量的从研究开发到使用维修的各个层次的技术人才。

参考文献

[1]李春雄.数控加工工艺与编程[M].化学工业出版社,12月.

[2]曾志新,吕明,张福润.机械制造技术基础[M].武汉理工大学出版社,6月.

计算机数控机床改造应用分析 第2篇

1 控制原理

常规闭环机床位置控制系统的设计，是在速度环基础上加位置外环构成闭环系统。由于这类系统难以克服非线性因素的影响，常因自持振荡而无法工作。为了克服系统这种缺陷，以转角—线位移双闭环位置控制方式，使数控技术达到一个崭新的的层次。由其构成的位置控制系统的动态结构如图1所示。

该系统由内外双位置环组成。其内环为转角位置环，检测元件为装于电机轴上的光电码盘，驱动装置为交流伺服系统，由此构成一输入为θi、输出为θo的随动系统。外部位置环采用光栅、感应同步器等线位移检测元件直接获取机床工作台位移信息，并以内环的转角随动系统作为驱动装置驱动工作台运动，并且引入 Gc(S)组成的前馈通道，构成复合控制系统，大大提高了其跟随性能。因为工作台的精度由线位移检测元件决定，所以在理论上消除了机床间隙对精度的影响。

2 系统组成及应用

系统控制部分结构框图如图2所示，共分6个主要部分：伺服机构、位置反馈、自动对刀、开关量控制、主轴控制、主轴反馈。

(1)伺服部分根据车床传动部分的机械特性，我们选用相匹配的进^***流数字式伺服电机。根据改造后车床的精度要求，选用相匹配的光栅尺作为线位移检测元件。常规5V方波光栅尺的分辨率为5μm，其精度可达到0.01mm，读数头最大快移速度达24m/min，可以保证数控车床的精度及稳定性，

实际上系统分辨率可达0.5μm。采用更高精度的检测元件，已经使系统工作精度达到1μm。

(2)主轴部分为实现系统对主轴部分的实时控制，我们采用配套的变频器，如三菱、松下、台安等对主轴电机进行转速及转向的控制。同时配合车床自身机械变速机构，可避免其在低频下振动与扭矩降落现象。系统将通过PLC实现对变频器转向的开关量控制，通过0～10V模拟量输出可实时对电机转速进行控制。这样即可实现加工过程中的恒线速度切削。

另外，在主轴上(即C轴)装配相应的光电编码器，将其转速以脉冲形式进行计数并反馈给计算机，系统根据其计数结果能实现软件同步螺纹切削。这种方法通过对 C轴的位置反馈信息进行数字化处理，动态提取同步信息，实时预测牵入同步点，并据此进行柔性牵入同步控制，以无中断方式实现了多次切削过程的软件准确同步。它大大提高了系统的可靠性，使螺纹车削精度得到可靠保证。

(3)刀架部分通过计算机与PLC的组合，实现了对刀架换刀的准确控制。其控制流程图如图3。计算机发出换刀指令后，PLC接收其信号并动作，控制刀架电机正向旋转。同时检测刀架各刀位的位置反馈信号，并与计算机发出的刀号指令比较，直到一致时，停止刀架电机正向旋转，同时PLC控制刀架电机反转锁紧。锁紧到位后，PLC发出换刀完成信号给计算机，此时换刀动作结束。

(4)快速自动对刀部分配上附件对刀器，实现了有人工参与的快速自动对刀。其工作原理图4可简要说明。对刀模块上有两个对刀面A、B，其位置关系已知。在系统控制下，刀具刀尖分别触及对刀面A、B的瞬间，采样X、Z坐标值，即可求得刀尖坐标。即确定了该刀具在机床坐标系中的位置。若刀具刀尖为圆弧形，刀尖触及A、B面时，采样到的X、Z坐标值为圆弧与对刀面接触点的相关坐标。此时系统将根据刀尖半径与对刀面的几何关系，通过计算求解出刀尖圆心坐标，以此确定刀具位置。利用快速对刀功能，对一把刀只需1min左右。且对刀精度高，大大减少了加工的辅助时间，有效地提高了劳动生产率与车削加工质量。

3 结论

计算机数控机床改造应用分析 第3篇

关键词：PLC技术,系统改造,原理分析,机床应用

1 研究目的和意义

随着生产力技术的不断进步, 目前大多数的机械制造行业和诸多的制造企业所使用的加工设备和技术都是陈旧老式的, 一方面它们效率低, 能耗高, 另一方面由它们生产出来的各种产品存在着质量不过关的问题。

鉴于此, 如何利用现有的资源对制造企业进行有效地技术改造, 满足日益发展的主客观需求在现阶段来说就显得尤为重要了。唐山重型装备集团机械制造有限公司成立以来, 经过技术、资金的日益积累逐步满足了产能10万吨的生产能力, 并且在具备了冶金设备、给料设备、输送设备等专业设备的设计、制造、安装能力之外, 不断采用新技术来提高生产设备在生产过程中的工作效率, 降低其在生产经营中的成本。PLC技术在机床改造中应用, 改善了机床的功能, 提高了稳定性, 降低了成本, 缩短了生产周期。从一定意义上来说, 顺应了时代的生产发展需求, 提高了企业的经济和社会效益。

2 PLC技术概述

当下, PLC技术在工业自动化控制行业中已然成了主流的安全和完善的解决方案, 为各种自动化的设备提供了较为可靠的控制应用。随着技术的不断进步, 这种技术在产品系列化, 集成化方向上也迈出了研究的步伐, 同时还通过网络来实现数控的开放化, 通过制定一定的标准使编程语言标准化。

它在分类上简单用下表的具体分类表示。按照I/0点数我们把它可以分为微、小、中、大和巨型多种:

至于他的基本结构, 一般可以分为整体式、模块式以及混合式三种。它的工作原理分为输入采样, 用户程序执行和输出刷新这三个阶段, 每当完成这三个程序就是一个扫描周期。它的扫描周期还包括自诊断和通讯等, 也就是说一个扫描周期及等于一个自诊断、通讯和输入采样, 输出刷新等的所有时间的总和。现在它的这样的工作原理已经被各个行业所使用。

3 PLC在机床改造中原理设计

从图1中我们分析并结合改造特点得出, 伺服元件适合采用Z向步进电机, 同时实行开环控制系统。Z向步进电机采用脉冲当量取0.01mm, X向脉冲当量取0.005mm。在选用PLC的型号的时候最好选用晶体管输出型的, 开关量的输入在13点, 开关量输出也是11点。驱动步进电机脉冲信号由编程产生, 通过程序产生不同频率脉冲实现变速。X、Z向动作可通过输入手动操作或程序自动控制。车螺纹程序的脉冲信号由主轴脉冲发生器产生, 通过与门电路接入PLC输入端, 经PLC程序变频得到所需导程的脉冲。刀架转位、车刀进、退可由手动或自动程序控制。

在程序结构的设计上我们采用下面的总程序缩略图来实现。如果合上X12, 就要打开X13、X14、X15, 执行手动程序, 如果是X12断开, X13就会连上, 程序跳过手动程序, 这个时候指针就会到P0的地方, 执行自动程序。

在控制方案的设计上我们采用把原控制的系统向新的控制系统提供信号, 同时新的控制系统向原控制系统提供机器启动信号。在做好上面的信号控制基础上还要做好手动, 自动等的限位信号以及开关量输出信号的控制。

在执行手动程序状态的时候, 我们先按照X0, Y1接通, 再按X2, 辅助继电器M0接通。然后再次通过T63计时及Y2触点的组合, 此时就会产生频率为103/2i的脉冲信号, 同时驱动Z向快进。当按下X3时 (M0断开) , M1接通, M1与定时器T32组合使Y2产生频率为103/2j的脉冲 (j>i) , 由Y2输出, 实现工进。按下X4时, M0、Y3同时接通, 电机快速反转, 实现快退的过程。

结语

就目前来说, 机床的使用在我国机械制造行业或制造企业中应用比较多, 但随着科学技术的不断进步, 机床改造技术也在这些行业中得到了广泛推广。普遍实际使用的结果中可以总结得出:用较少的投资为企业提高生产效率, 成为了提高效益的有效途径。

像上文提到的PLC在机床改造中的应用, 不但使机床的加工精度有所提高, 同时一些人为的失误造成的产品质量问题也有所显著降低, 企业节约了成本, 提高了经济效益。另外, PLC技术能够确保机床的准确性合理性和快速便捷性, 进一步满足了企业的实际生产需要, 在控制的性能上, 在组机的周期上, 在硬件成本上等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工业控制产品所无法代替的。

可以说PLC技术是机床最为重要的控制系统, 可以说是直接关系到了数控设备是否正常地运转, 能够全面地发挥出机床控制系统所具有的突出作用, 并且还能为机床相关故障的诊断与故障维修提供更为全面的服务。

参考文献

[1]徐志鹏.一种基于运动控制卡的数控专用机床[J].微计算机信息, 2008 (16) .

数控机床改造中的电气设计分析 第4篇

数控系统已成为我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其非标准化设计是目前数控化改造工作中普遍存在的问题。我国很多企业中普通机床的占有量巨大，机床的数控化改造电气控制设计的方案也存在诸多问题。许多机床已经使用20年以上，还会出现应用与维修技术工作的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因索的制约。因此对普通机床进行数控改造成为一个很好的出路，对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。其发展也直接关系到我国的多个领域，使之在当今日益竞争的社会中处于优势。普通机床的数控化改造在很大程度上盘活企业的固定资产，还可以节约能源、实现废品资源化和保护环境。将普通机床改造升级为数控机床，开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术。提高劳动效率并用较少的资金为提高企业的竞争力做出贡献，紧跟世界潮流，向智能化方向发展。

数控机床改造概述

数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，和经济性数控系统比较，标准型数控系统是建立在微机基础上，因此得到越来越广泛的应用。其功能齐全并可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统，使交流伺服电机的工作性能得到充分发挥。

1.数控系统运动方式按运动轨迹可分为点位控制系统与连续控制系统，对机床电气系统进行改造设计离不开对数控系统运动方式的分析。选择电机参数时，当工件相对于刀具移动过程中不进行切削则选用点位控制系统。通过对机床数控化改造进行归纳总结和分析，这类控制系统要求刀具从一点快速移动到另点的准确位置。数控系统类型和功能选择不合理，会无法保证其定位精度。这为普通机床数控化改造中的电气设计提供依据，从而减少了误差的可能性。

2.由于普通机床的这些缺点越来越使之在当今日益竞争的社会中处于劣势，体积大、启动特性欠佳直接影响了机床的加工精度。普通机床经过数控化改造后，控制电路和强电路的设计也随之变得重要。大大地提高传动进给精度，使系统工作变得稳定。设计电路的时候应该抛开原先机床的电路按照标准重新绘制电路图，也可在定程度上提高机床的加工精度。注意各个元器件额定电流及额定电压要满足要求，拓宽普通机床的加工范围。适当拉开与强电线的距离，延长机床的役龄。

3.普通机床传动链复杂从而导致传动精度低，因此在普通机床的数控化改造中一般采用步进电机和交流伺服电机。避免产品的加工精度降低与产品的质量稳定性不是很高的现象发生，且结构简单、运行可靠、效率高。改善个零件需要多道工序，在选择电机时要根据实际情况选择合适的电机。普通机床对工人的熟练程度要求高且加工工序简单，数控机床改造可大大提高表面精度及机床的快速反应性。因此可以加工较复杂的零件，易于控制。改善生产效率较低、工人劳动强度大、生产准备时间长等问题，带来可观的经济效益。

数控机床改造中的电气设计分析

普通机床改造成数控机床的方法要有技术可行性分析和经济可行性分析，电路图的设计并不是一次确定的。需要技术上的改进措施，在实际的接线过程中根据临时的需要不断地修改、更正。一方面是机械上的改进，保证整个电器柜内元器件的归类整齐。另方面是电气系统的改进，保证实际的电路和电路图保持致。

1.对普通机床进行数控化改造，一定要用热缩管将其包住。加强对机床精度的恢复，否则会给以后数控机床的维修带来很大的不便。旧机床一般在工作车间已经工作多年，走线的时候有部分线路要暴露在机床外面。导轨、溜板等都有不同程度的磨损，因此控制电路和强电路的设计需要科学合理。定期按常规机床大修的方法对机床导轨进行磨削，以免长期被机床油浸泡腐蚀线路。磨削可采用电刷镀的方法加工耐磨表层，保持信号线不被干扰。采用刮研与贴塑工艺的方法修配恢复精度，加快机床数控化的进度。

2.电气设计中电路图主要包括主电路图、电气原理图、CNC接线图和元器件的位置图，其修复与完善是改造机床维修的另一个侧重点。关系到系统工作是否稳定，可采用更换主轴轴承等传统方法配合电刷镀工艺完成。各个部件和电源的连接关系定要表达清楚，并调试验收精度。按正确的步骤运算、准确地使用公式及精确地选择参数，有些磨损量小的机床也可以采用表面工程技术在现场操作，以及系统和机床的接地。

计算机数控机床改造应用分析 第5篇

随着我国市场经济的发展，国内、外际市场竞争口益激烈，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。而普通机床己不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需更换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。

对于机械制造企业，单纯靠购买新的数控机床，所需投资大。为了节约资金，降低成本，利用原来的部分普通机床进行数控化改造，提高机械设备的数控化率，是一种有效的途径、本文主要讨论对CA6140型普通车床的数控化改造。

1总体改造方案

CA6140车床，主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工、对该机床的数控化改造分为机械和数控两部分，具体方案如：

1.2数控车床的结构改造要求

主轴进给系统采用伺服电机驱动，实现了无级调速、主轴和进给系统结构得到简化，传动刚度也大为提高，主轴后端安装了同步运转的脉冲编码器，用于加工各种螺纹。

1.2数控机床的布局要求

结构要紧凑以节省占地面积和空间，并采用全封闭或防护装置。

1.3床身的结构布局要求

床身是机床主要承载部件，本改造采用平床身，因为平床身是在普通机床上稍加改造而成的，价格相对较低，而且它的工艺性好，加工方便，并且刀架处于水平位置，易于保证刀具运动精度。

1.4数控车床的进给系统要求

进给调速范围大、定位准确、无间隙误差、有较高的传动效率。所以，为满足低摩擦要求，选用滚珠丝杠、螺母传动副做传动和导向元件，伺服电机与丝杠间采用一级减速器连接，以缩小传动链，提高系统刚度，并减少传动链误差。丝杠、电机与联轴器之间采用凸轮联轴器连接、采用2台伺服电机分别驱动纵向(z轴)和横向(x轴)的滚珠丝杠带动刀架完成进给运动。

1.5转塔式刀架

刀架系统采用电机转塔式刀架，可使机械结构简单，省去大量液压管路。

1.6数控系统采用开环控制系统

系统中没有反馈电路，不带检测装置，指令信号单方向传递、开环伺服系统主要由步进电机驱动，结构简单，成本低廉、易掌握，调试和维护比较方便简单，已广泛应用于经济型数控机床。

2机械部分改造

2.1主传动系统

为了降低改装费用，保持原机床精度，主传动系统基本不变，保留原机床的主轴手动变速，改造后使主运动和进给运动分离，数控系统只控制主轴的起、停和正、反转及冷却液开、关。主传动系统仍采用原电机驱动，只是安装一个光电脉冲编码器，通过主轴一编码器一控系统一步进电机的信息转换系统来实现工件转一转，刀具进给一个导程的运动关系，以便完成车削螺纹运动。

根据机床主轴箱具体传动结构，编码器采用异轴联接方法，这样既能使编码器主轴与车床主轴按1:1的速比联接传动，又不破坏原车床结构，主轴孔仍能使用。主轴脉冲编码器安装时注意事项：小心轻放，不能有较大的冲击和振动，以防损坏玻璃光栅盘，造成报废;车床主轴的转速必须小于主轴脉冲发生器的最高允许转速，以免损坏脉冲编码器。

2.2进给系统

原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承，与床身尾部步进电机相联接。步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接。横向进给系统中保留原手动机构，在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后，步进电泪L及减速器安装在横向溜板后方。

2.3刀架部分

拆除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架，效率高、工艺性能可靠、根据改造车床的型号及主轴中心高度，选用常州宏达机床数控设备厂生产的LD4-C6140型四工位电动刀架，利用系统内置固定式PLC控制刀架的运动。

电动刀架安装时注意事项:电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行;电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线，故电动刀架与系统的连线可沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床导轨下方拉出一铁丝滑线，走线到系统。

2.4导轨部分

由于是普通机床改造，原普通机床导轨表面可能有明显的划痕，这样就使摩擦系数变大，容易产生进给运动的失动。为了恢复机床导轨的精度，增加耐磨性，提高机床的稳定性，提高机床的防爬行和吸振功能，降低成本，对机床导轨选用聚四氟乙烯基软带改造机床导轨，现有许多资料详细阐述了聚四氟乙烯基软带的`粘贴工艺，可供用户参考。

3数控部分改造

在选择数控化改造中，数控装置的型号选择至关重要，因为机床改造后的可靠性和性能都和数控装置有关。本文根据机床数控系统选择的3步曲，即选档次、选厂家、选型号，最后选用了南京华兴数控有限责任公司生产的WA-21SN通用车床经济型数控系统，该系统是基于微处理器D70208H (NEC公司生产的工控用通用CPU)的高性能经济型车床数控系统。具有普及型数控系统应有的大多数功能，如于轮、图形跟踪和模拟、主轴模拟量输出、内置固定式PLC等。

4结语

改造后的结果：一是对CA6140普通车床进行数控技术改造后，机床的进给最大速度x，z轴分别为1200mm/min和3000mm/min;二是通过控制软件可以实现更加灵活、复杂的控制方法，在不增加或很少增加工人劳动强度的情况下，可满足不同场合的加工需要，充分体现数字控制高度智能化和柔性的优点;三是改造后的车床能大批量车削加工工件，产品合格率高，基本达到了原设计的要求。实践证明，这种改造后的车床，非常适用于加工中小批量、半青度要求较高的产品。

参考文献

[1]丁明军，宋丹.C6132普通车床的数控化改造[J].机电一体化，

[2]余英良.机床数控改造设计与实例[M].北京:机械工业出版社，

计算机数控机床改造应用分析 第6篇

3 结语

本文对数控专业教学的现状及存在的问题进行分析,对计算机辅助教学技术在数控专业中的应用进行研究,且提出了计算机辅助软件在数控专业教学中的具体的实施方案,计算机辅助在教学能够将抽象复杂的理论知识具体简单化,促进学生对其的理解,从而可以提高教学效果,提高了学生的知识与技能。

参考文献

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[4] 杨丽.浅谈中职数控专业实行“学分制”的必要性以及课程设置[J].科技资讯,2010(06).

[5] 李大国,郭翠.关于技校数控专业教学改革的探讨[J].科技风,2009(9).

[6] 余向华.谈数控专业的教学改革[J].科技资讯,2009(12).

数控机床维修改造技术 第7篇

凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭

没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。

我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践

带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

一、数控技术

谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。

1.数控机床电气控制系统综述

一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。

（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。

（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。

数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。

（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。

当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。

不同厂商的PLC有不同的PLC语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床PLC程序的前提是先熟悉该机床的PLC语言。

（4）主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指令，经速度与转矩（功率）调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过PLC将主轴的各种现实工作状态通告CNC用以完成对主轴的各项功能控制。

主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例

如零漂等。通常CNC中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。

（5）进给伺服系统接受来自CNC对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流（转矩）调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过PLC与CNC通信，通报现时工作状态并接受CNC的控制。

进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链

的状态发生变化，就需重调速度环调节器。

（6）电器硬件电路随着PLC功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器（继电器、接触器），很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由PLC逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的PLC语言与程序深入掌握才行。

（7）机床（电器部分）包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床

各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。

这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。

（8）速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。

这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。

（9）位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采

用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。

位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。

（10）外部设备一般指PC计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。

2.数控机床运动坐标的电气控制

数控机床一个运动坐标的电气控制由电流（转矩）控制环、速度控制环和位置控制环串联组成

.其控制框图如图2.

（1）电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。

（2）速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分（PI）调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统（导轨、传动机构）的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则

位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。

速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。

（3）位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：

一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉

冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm,数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm,则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：

Kv=v/Δ

式中v――坐标运行速度，m/min

Δ――跟踪误差，mm

注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min,则Kv值单位为m/（mm・min），若v的单位为mm/s,则Kv的单位应为mm/（mm・s）。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

位置反馈（参见上节“位置测量”）有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；第三种是全闭环控制，即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上，理论上这种控制的位置精度情况最好，但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低，如若不然，则会严重影响两坐标的动态精度，而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题，千万不可轻视。

（4）前馈控制与反馈相反，它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路，其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能，故本文不详述，只是要注意，前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

二、维修工作的基本条件

数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一 旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修更为重要。

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1.人员条件

数控机床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

（1）首先是有高度的责任心和良好的职业道德。

（2）知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。

（3）应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，首先是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学。

（4）勇于实践。要积极投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。

（5）掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。

（6）学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

（7）掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。

2.物质条件

（1）准备好通用的和某台数控机床专用的电气备件。

（2）非必要的常备电器元件应做到采购渠道快速畅通。

（3）必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件。

（4）每台数控机床所配有的完整的技术图样和资料。

（5）数控机床使用、维修技术档案材料。

3.关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作。

（1）人员安排 为每台数控机床分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平。

（2）建规建档 针对每台机床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，管理者要经常检查、总结、改进。

（3）日常保养 对每台数控机床都应建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等）及各功能部件和元气件的保养周期（每日、每月、半年或不定期）。

（4）提高利用率 数控机床如果较长时间闲置不用，当需要使用时，首先机床的各运动环节会由于油脂凝固、灰尘甚至生锈而影响其静、动态传动性能，降低机床精度，油路系统的 堵塞更是一大烦事；从电气方面来看，由于一台数控机床的整个电气控制系统硬件是由数以 万计的电子元器件组成的，他们的性能和寿命具有很大离散性，从宏观来看分三个阶段：在一年之内基本上处于所谓“磨合”阶段。在该阶段故障率呈下降趋势，如果在这期间不断开动机床则会较快完成“磨合”任务，而且也可充分利用一年的维修期；第二阶段为有效寿命 阶段，也就是充分发挥效能的阶段。在合理使用和良好的日常维护保养的条件下，机床正常运转至少可在五年以上；第三阶段为系统寿命衰老阶段，电器硬件故障会逐渐增多，数控系统的使用寿命平均在8――左右。

因此，在没有加工任务的一段时间内，最好较低速度下空运行机床，至少也要经常给数控系统通电，甚至每天都应通电。

三、维修与排故技术

1.常见电气故障分类

数控机床的电气故障可按故障的性质、表象、原因或后果等分类。

（1）以故障发生的部位，分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指电子、电器件、印制电路板、电线电缆、接插件等的不正常状态甚至损坏，这是需要修理甚至更换才可排除的故障。而软

件故障一般是指PLC逻辑控制程序中产生的故障，需要输入或修改某些数据甚至修改PLC程序方可排除的故障。零件加工程序故障也属于软件故障。最严重的软件故障则是数控系统软件的缺损甚至丢失，这就只有与生产厂商或其服务机构联系解决了。

（2）以故障出现时有无指示，分为有诊断指示故障和无诊断指示故障。当今的数控系统都设计有完美的自诊断程序，时实监控整个系统的软、硬件性能，一旦发现故障则会立即报警或者还有简要文字说明在屏幕上显示出来，结合系统配备的诊断手册不仅可以找到故障发生的原因、部位，而且还有排除的方法提示。机床制造者也会针对具体机床设计有相关的故障指示及诊断说明书。上述这两部分有诊断指示的故障加上各电气装置上的各类指示灯使得绝大多数电气故障的排除较为容易。无诊断指示的故障一部分是上述两种诊断程序的不完整性所致（如开关不闭合、接插松动等）。这类故障则要依靠对产生故障前的工作过程和故障现象及后果，并依靠维修人员对机床的熟悉程度和技术水平加以分析、排除。

（3）以故障出现时有无破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障。对于破坏性故障，损坏工 件甚至机床的故障，维修时不允许重演，这时只能根据产生故障时的现象进行相应的检查、分析来排除之，技术难度较高且有一定风险。如果可能会损坏工件，则可卸下工件，试着重现故障过程，但应十分小心。

（4）以故障出现的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指只要满足一定的 条件则一定会产生的确定的故障；而随机性故障是指在相同的条件下偶尔发生的故障，这类故障的分析较为困难，通常多与机床机械结构的局部松动错位、部分电气工件特性漂移或可靠性降低、电气装置内部温度过高有关。此类故障的分析需经反复试验、综合判断才可能排除。

（5）以机床的运动品质特性来衡量，则是机床运动特性下降的故障。在这种情况下，机床虽 能正常运转却加工不出合格的工件。例如机床定位精度超差、反向死区过大、坐标运行不平稳等。这类故障必须使用检测仪器确诊产生误差的机、电环节，然后通过对机械传动系统、数控系统和伺服系统的最佳化调整来排除。

此处故障的分类是为了便于故障的分析排除，而一种故障的产生往往是多种类型的混合，这 就要求维修人员具体分析，参照上述分类采取相应的分析、排除法。

2.故障的调查与分析

这是排故的第一阶段，是非常关键的阶段，主要应作好下列工作：

①询问调查 在接到机床现场出现故障要求排除的信息时，首先应要求操作者尽量保持现场 故障状态，不做任何处理，这样有利于迅速精确地分析故障原因。同时仔细询问故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断，以便确定现场排故所应携带的工具、仪表、图纸资料、备件等，减少往返时间。

②现场检查 到达现场后，首先要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实 初步判断的准确度。由于操作者的水平，对故障状况描述不清甚至完全不准确的情况不乏其例，因此到现场后仍然不要急于动手处理，重新仔细调查各种情况，以免破坏了现场，使排故增加难度。

③故障分析 根据已知的故障状况按上节所述故障分类办法分析故障类型，从而确定排故原 则。由于大多数故障是有指示的，所以一般情况下，对照机床配套的数控系统诊断手册和使 用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。

④确定原因 对多种可能的原因进行排查从中找出本次故障的真正原因，这时对维修人员是 一种对该机床熟悉程度、知识水平、实践经验和分析判断能力的综合考验。

⑤排故准备 有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准 备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至排故计划步骤的制定等等。

数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因 ,故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。下面把电气故障的常用诊断方法综列于下。

（1）直观检查法 这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。

①询问 向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析 判断过程中可能要多次询问。

②目视 总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态（例如各坐标轴位置、主轴状态、 刀库、机械手位置等），各电控装置（如数控系统、温控装置、润滑装置等）有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等 .

③触摸 在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、 各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

④通电 这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。

（2）仪器检查法 使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等 进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的 相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。

（3）信号与报警指示分析法

①硬件报警指示 这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

②软件报警指示 如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的`报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

（4）接口状态检查法 现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。这种检查方法要求维修人员既要熟悉本机床的接口信号，又要熟悉PLC编程器的应用。

（5）参数调整法 数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同机床、 不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体机床相匹配，而且更是使机床各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数的变化（尤其是模拟量参数）甚至丢失都是不允许的；而随机床的长期运行所引起的机械或电气性能的变化会打破最初的匹配状态和最佳化状态。此类故障多指故障分类一节中后一类故障，需要重新调整相关的一个或多个参数方可排除。这种方法对维修人员的要求是很高的，不仅要对具体系统主要参数十分了解，既知晓其地址熟悉其作用，而且要有较丰富的电气调试经验。

（6）备件置换法 当故障分析结果集中于某一印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同备件的条件下可以先将备件换上，然后再去检查修复故障板。备件板的更换要注意以下问题。

①更换任何备件都必须在断电情况下进行。

②许多印制电路板上都有一些开关或短路棒的设定以匹配实际需要，因此在更换备件板上一 定要记录下原有的开关位置和设定状态，并将新板作好同样的设定，否则会产生报警而不能工作。

③某些印制电路板的更换还需在更换后进行某些特定操作以完成其中软件与参数的建立。这 一点需要仔细阅读相应电路板的使用说明。

④有些印制电路板是不能轻易拔出的，例如含有工作存储器的板，或者备用电池板，它会丢 失有用的参数或者程序。必须更换时也必须遵照有关说明操作。

鉴于以上条件，在拔出旧板更换新板之前一定要先仔细阅读相关资料，弄懂要求和操作步骤 之后再动手，以免造成更大的故障。

（7）交叉换位法 当发现故障板或者不能确定是否故障板而又没有备件的情况下，可以将系统中相同或相兼容的两个板互换检查，例如两个坐标的指令板或伺服板的交换从中判断故障板或故障部位。这种交叉换位法应特别注意，不仅硬件接线的正确交换，还要将一系列相应的参数交换，否则不仅达不到目的，反而会产生新的故障造成思维的混乱，一定要事先考虑周全，设计好软、硬件交换方案，准确无误再行交换检查。

（8）特殊处理法 当今的数控系统已进入PC基、开放化的发展阶段，其中软件含量越来越丰富，有系统软件、机床制造者软件、甚至还有使用者自己的软件，由于软件逻辑的设计中不可避免的一些问题，会使得有些故障状态无从分析，例如死机现象。对于这种故障现象则可以采取特殊手段来处理，比如整机断电，稍作停顿后再开机，有时则可能将故障消除。维修人员可以在自己的长期实践中摸索其规律或者其他有效的方法。

3.电气维修与故障的排除

这是排故的第二阶段，是实施阶段。

如前所述，电气故障的分析过程也就是故障的排除过程，因此电气故障的一些常用排除方法 在上一节的分析方法中已综合介绍过了，本节则列举几个常见电气故障做一简要介绍，供维修者参考。

（1）电源 电源是维修系统乃至整个机床正常工作的能量来源，它的失效或者故障轻者会丢 失数据、造成停机。重者会毁坏系统局部甚至全部。西方国家由于电力充足，电网质量高，因此其电气系统的电源设计考虑较少，这对于我国有较大波动和高次谐波的电力供电网来说就略显不足，再加上某些人为的因素，难免出现由电源而引起的故障。我们在设计数控机床的供电系统时应尽量做到：

①提供独立的配电箱而不与其他设备串用。

②电网供电质量较差的地区应配备三相交流稳压装置。

③电源始端有良好的接地。

④进入数控机床的三相电源应采用三相五线制，中线（N）与接地（PE）严格分开。

⑤电柜内电器件的布局和交、直流电线的敷设要相互隔离。

（2）数控系统位置环故障

①位置环报警。可能是位置测量回路开路；测量元件损坏；位置控制建立的接口信号不存在等。

②坐标轴在没有指令的情况下产生运动。可能是漂移过大；位置环或速度环接成正反馈；反馈接线开路；测量元件损坏。

（3）机床坐标找不到零点。可能是零方向在远离零点；编码器损坏或接线开路；光栅零点标 记移位；回零减速开关失灵。

（4）机床动态特性变差，工件加工质量下降，甚至在一定速度下机床发生振动。这其中有很 大一种可能是机械传动系统间隙过大甚至磨损严重或者导轨润滑不充分甚至磨损造成的；对于电气控制系统来说则可能是速度环、位置环和相关参数已不在最佳匹配状态，应在机械故障基本排除后重新进行最佳化调整。

（5）偶发性停机故障。这里有两种可能的情况：一种情况是如前所述的相关软件设计中的问 题造成在某些特定的操作与功能运行组合下的停机故障，一般情况下机床断电后重新通电便会消失；另一种情况是由环境条件引起的，如强力干扰（电网或周边设备）、温度过高、湿度过大等。这种环境因素往往被人们所忽视，例如南方地区将机床置于普通厂房甚至靠近敞开 的大门附近，电柜长时间开门运行，附近有大量产生粉尘、金属屑或水雾的设备等等。这些因素不仅会造成故障，严重的还会损坏系统与机床，务必注意改善。

本文由于篇幅所限不做更多的介绍，读者可参阅数控机床的随机资料及其他专门介绍各种故 障的文章。

4.维修排故后的总结提高工作

对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高工作是排故的第三阶段，也是十分重要的阶段，应引起足够重视。

总结提高工作的主要内容包括：

①详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉 及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和排故方法也应记录并记录其无效的原因。除填入维修档案外，内容较多者还要另文详细书写。

②有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题 进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。特别是在有些故障的排除中并未经由认真系统地分析判断而是带有一定地偶然性排除了故障，这种情况下的事后总结研究就更加必要。

③总结故障排除过程中所需要的各类图样、文字资料，若有不足应事后想办法补济，而且在 随后的日子里研读，以备将来之需。

④从排故过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。

⑤找出工具、仪表、备件之不足，条件允许时补齐。

总结提高工作的好处是：

①迅速提高维修者的理论水平和维修能力。

②提高重复性故障的维修速度。

③利于分析设备的故障率及可维修性，改进操作规程，提高机床寿命和利用率。

④可改进机床电气原设计之不足。

⑤资源共享。总结资料可作为其他维修人员的参数资料、学习培训教材。

普通机床数控化改造的研究与分析 第8篇

1 机床进行数控化改造的必要性

我国现有机床320多万台, 这些机床技术状况老化严重, 据统计, 全国30%左右设备在16年以上, 其中近30%的役龄超过了26年, 这些都说明目前我国还没有走上主要依靠科技进步对机床进行改造的轨道。另外, 随着科技的进步, 生产依赖于设备的程度日益增大, 企业的产量、质量、效率、成本、安全及环境保护和劳动情绪都受设备的制约, 实现企业的现代化己势在必行。但据资料介绍, 我国的金属切削机床年产量仅占同类设备拥有量的1/28, 如将每年生产的全部机床用来更换旧机床需要28年所以, 我国目前解决设备技术进步的主要途径是机床改造。

2 机床数控改造主要步骤

2.1 改造方案的确定

改造的可行性分析通过以后, 就可以针对工艺和机床现况确定改造方案, 一般包括:

(1) 机械修理与电气改造相结合

一般来说, 需进行电气改造的机床, 都需进行机械修理。机械性能的完好是电气改造成功的基础。

(2) 先局部后整体

确定改造步骤时, 应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行, 如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等, 待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。

(3) 根据使用条件选择系统

针对使用环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线, 甚至有否鼠害等外界使用条件, 这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据, 使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。

(4) 改造范围确定

有时数控机床电气系统改造, 并不一定包含该机床全部电气系统, 应根据科学的测定和分析决定其改造范围。

2.2 改造的技术准备

改造前的技术准备充分与否, 很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括:

(1) 机械部分准备

为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。

(2) 旧系统电气资料消化

只有对旧系统电气资料进行充分的消化, 才能了解以前的设计思想, 才能更好完成新旧系统的衔接与转换。

(3) 新系统电气资料消化

新系统有许多新功能、新技术, 因此改造前应熟悉技术资料, 包括系统原理说明、线路图、plc梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。

(4) 新旧系统接口的转换设计

全局改造的, 应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点等, 要求操作与维修方便、合理, 线路走向通顺、连接点少, 强弱电干扰小, 备有适当裕量等。局部改造的, 还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等。

(5) 调试步骤的确定

调试工作涉及机械、液压、电气, 调试步骤可从简到繁, 从小到大, 从外到里进行, 也可先局部后全局, 先子系统后整系统进行。

(6) 验收标准的确定

验收标准是对新系统的考核, 制定时必须实事求是。

2.3 改造的实施

准备工作就绪后, 即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为:

(1) 原机床的全面保养

机床经长期使用后, 会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在问题, 所以首先要进行全面保养。其次, 应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量, 记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用, 又可在改造结束时作对比分析用。

(2) 保留的电气部分最佳化调整

若对电气系统作局部改造, 则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换, 电机的保养, 变压器的烘干绝缘, 污染的清洁, 通风冷却装置的清洗, 伺服驱动装置的最佳化调整, 老化电线电缆的更新, 连接件的紧固等等。

(3) 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸, 仔细进行, 及时在图纸上作出标记, 防止遗漏或过拆 (局部改造情况下) 。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处, 应及时补充与修正。

(4) 合理安排新系统位置及布线

根据新系统设计图纸, 合理进行新系统配置, 包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。应确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。

(5) 调试

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员随时记录, 以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度, 防止人身、设备事故发生;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的, 先空载后加载;能模拟试验的, 先模拟后实动;能手动的, 先手动后自动。

2.4 验收工作及培训

验收工作应聘请有关的人员共同参加, 并按已制定的验收标准进行, 内容包括:

(1) 机床机械性能验收

经过机械修理和改造以及全面保养, 机床的各项机械性能应达到要求, 几何精度应在规定的范围内。

(2) 电气控制功能和控制精度验收

电气控制的各项功能必须达到动作正常, 灵敏可靠。控制精度应用标准计量器具 (如激光干涉仪、坐标测量仪等) 对照检查, 达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比, 获得量化的指标差。

(3) 试件验收

试件可验收机床刚度、力、运动轨迹、关联动作等。

(4) 图纸、资料验收

机床改造完后, 应及时将图纸 (包括原理图、配置图、接线图、梯形图等) 、资料 (包括各类说明书) 、改造档案 (包括改造前、后的各种记录) 汇总、整理、归档。保持资料的完整、有效、连续, 这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。

(5) 操作、编程人员的技术培训

3 结束论

随着数字控制技术在机械加工行业的应用, 数控机床己成为生产企业的主要加工设备。用普通机床 (车、铣、钻) 改装成简易数控机床也随之得到了普及应用。通过改装机床或是提高了机床的生产效率和自动化程度、减轻了操作者的劳动强度, 或是提高了机床的加工精度和表面质量, 或是扩大了机床的加工能力和工艺范围, 均给生产企业带来了可观的经济效益和社会效益。

摘要：目前己经采用的机床改装方案中有:普通车床改装成液压仿形车床、外圆磨床加装自动测量装置改装、卧式车床改装成简易拉床、利用微电子显示技术改装普通锉床来提高锉床加工精度、普通车床改装成立式插床等。本文就此问题加以阐述。

关键词：机床改造,数控

参考文献

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[2]J.Geckler.Meta1Spinning Capabilities.Ma-chine Design.l985.

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[4]傅家骥.工业经济学.清华大学出版社, 1996.